Biomarcadores moleculares en la predicción de gravedad en pacientes hospitalizados por COVID-19

Abstract

INTRODUCTION: In December 2019, SARS-CoV-2 emerged in China, whose particular characteristics derived in the COVID-19 pandemic, resulting in a major problem for health systems in most countries. Severe cases of COVID-19 are characterized by a hyperproduction of cytokines, caused by an ineffective interferon-mediated response, accompanied by lymphocytopenia and uncoordination between the innate and adaptive response. Evasion of the innate response through virus nonstructural proteins and miRNA, generated by both the virus itself and the host during infection, leads to severe respiratory disease that reduces the chances of survival in the most severe cases. HYPOTHESIS AND OBJECTIVES: In this context, it is hypothesized to describe molecular biomarkers related to the immune response that are important in the prognosis of COVID-19 patients. The main objective is to characterize the cytokine and miRNA profile as possible determinants in the alteration of the immune response in COVID-19 patients. METHODOLOGY: Observational study of patients with positive results of COVID-19 admitted to the Hospital Clínico Universitario de Valladolid (Spain). Patients with other active infections or terminal chronic diseases were not enrolled in the study. From the patient's plasma, on the one hand, the cytokine profile on the first, third and sixth day of admission was characterised using Luminex technology and, on the other hand, the miRNAs from extracellular vesicles were sequenced. Data were analysed using both the statistical package IBM SPSS Statistics Software (SPSS) version 28 and the statistical package R version 4.2.3. RESULTS: Article 1. HGF was the only cytokine that formed part of the multivariate model associated with the risk of intubation or death on the day of admission (OR = 7.38, 95% CI (1.28-42.4), p = 0.025), together with blood group A/B/AB, glycemia, D-dimer, procalcitonin and ferritin. The model was validated by the AUROC method showing an area under the curve of 0.94 with a sensitivity of 91.7% and a specificity of 95% and, on the other hand, by the bootstrapping method. Article 2. Principal component analysis included three groups of cytokines associated with mortality in patients hospitalized for COVID-19. The combination of HGF, MCP-1, IL-18, eotaxin and SCF was significantly elevated in deceased patients, showing an increasing trend, while IL-1α and VEGFA remained constant. Finally, the combination of BDNF, IL-12 and IL-15 was associated with surviving patients. Article 3. Patients with severe COVID-19 showed differential expression of 50 miRNAs derived from extracellular vesicles associated with signaling pathways involved in the inflammatory response and cell adhesion. Specifically, 15 miRNAs were associated with severe cases compared to the control group. Finally, the miRNAs miR-1469 and miR-6124 were significant predictors of mortality with an AUC of 0.94. CONCLUSIONS: (i) HFG constitutes an important biomarker in predicting mortality and severity taking into account glycemia, D-dimer, procalcitonin, ferritin and blood type (ii) COVID-19 patients who remitted show elevated levels of BDNF, IL-12 and IL-15 related to an effective response by T lymphocytes and NK cells, (iii) the cytokines HGF, MCP-1, IL-18, eotaxin and SCF show an increasing trend in COVID-19 patients who died during their admission, while IL-1α and VEGFA remain constant in the first six days of admission, (iv) the miRNAs miR-1469 and miR-6124 are differentially expressed in severe cases and are capable of predicting mortality with high accuracy in patients hospitalized for COVID-19.

INTRODUCCIÓN: En diciembre de 2019, surgió en China el SARS-CoV-2, cuyas particulares características derivaron en la pandemia de la COVID-19, que supuso un importante problema para los sistemas de salud en la mayoría de países. Los casos severos de COVID-19 se caracterizan por una hiperproducción de citoquinas, que se deriva de una ineficaz respuesta mediada por interferones, acompañada con linfocitopenia y descoordinación entre la respuesta innata y adaptativa. La evasión de la respuesta innata a través de las proteínas no estructurales del virus y miRNA, generados tanto por el propio virus como el huésped durante la infección, conlleva a una grave afección respiratoria que reduce las posibilidades de supervivencia en los casos más severos. HIPÓTESIS Y OBJETIVOS: Bajo este contexto, se plantea la hipótesis de describir biomarcadores moleculares relacionados con la respuesta inmune que sean importantes en la prognosis de pacientes COVID-19. El objetivo general propuesto consiste en caracterizar el perfil de citoquinas y miRNA, como posibles determinantes en la alteración de la respuesta inmune de pacientes COVID-19. METODOLOGÍA: Estudio observacional de pacientes con resultado positivo por RT-qPCR de COVID-19 ingresados en el Hospital Clínico Universitario de Valladolid (España). No fueron incluidos en el estudio pacientes con otras infecciones activas o enfermedades crónicas terminales. A partir del plasma de pacientes, por un lado, se caracterizaron el perfil de citoquinas durante el primer, tercer y sexto día de ingreso mediante la tecnología Luminex y, por otro lado, el miRNA de vesículas extracelulares. Los datos fueron analizados tanto el paquete estadístico Software IBM SPSS Statistics (SPSS) versión 28 como el paquete estadístico R versión 4.2.3. RESULTADOS: Artículo 1. HGF fue la única citoquina que formo parte del modelo multivariable asociado al riesgo de intubación o fallecimiento en el día de ingreso (OR = 7.38, 95%CI—(1.28–42.4), p = 0.025), junto al grupo sanguíneo A/B/AB, glucemia, dímero D, procalcitonina y ferritina. El modelo fue validado mediante el método método AUROC mostrando un área bajo la curva de 0.94 con una sensibilidad del 91,7% y una especificidad del 95% y, por otro lado, por el método de validación por bootstraping. Artículo 2. El análisis de componentes principales englobo tres grupos de citoquinas asociadas a la mortalidad de pacientes hospitalizados por COVID-19. La combinación constituida por HGF, MCP-1, IL-18, eotaxina y SCF fue significativamente alta en los fallecidos mostrando una tendencia creciente, mientras que IL-1α y VEGFA, permanencia constante. Por último, la combinación de BDNF, IL-12 e IL-15 estuvieron asociadas a los pacientes supervivientes. Artículo 3. Los pacientes con COVID-19 severo mostraron una expresión diferencial de 50 miRNAs derivados de vesículas extracelulares asociados a vías de señalización implicadas en la respuesta inflamatoria y adhesión celular. Concretamente, 15 miRNAs estuvieron asociados a los casos severos con respecto al grupo control. Finalmente, los miRNAs miR-1469 y miR-6124 fueron importantes predictores de la mortalidad con un AUC de 0,94. CONCLUSIONES: La tesis que aquí se expone concluye que: (i) el HFG constituye un biomarcador importante a la hora de predecir moralidad y severidad teniendo en cuenta la glucemia, dímero D, procalcitonina, ferritina y grupo sanguíneo (ii) los pacientes COVID-19 que remitieron muestran niveles elevados de BDNF, IL-12 e IL-15 relacionado con respuesta eficaz por parte de linfocitos T y células NK, (iii) las citoquinas HGF, MCP-1, IL-18, eotaxina y SCF presenta una tendencia creciente en los pacientes de COVID-19 fallecidos durante su ingreso, mientras que IL-1α y VEGFA se mantiene constante en los primeros seis días de ingreso, (iv) los miRNAs miR-1469 y miR-6124 están diferencialmente expresados en los casos severos y son capaces de predecir con alta precisión la mortalidad en los pacientes hospitalizados por COVID-19.